Excel和SPSS软件辅助生物统计学教学模式的探索

高丽

[摘 要]近年来随着计算机技术和生物信息学的发展，统计软件应用已成为本科教学的必修内容，其中Excel和SPSS统计软件是大多数高校授课的首选分析软件。作者针对生物统计学教学过程中存在的问题，参考多年来的教学和科研经验，对传统的教学内容进行了更新调整，介绍了Excel和SPSS软件中常用的统计分析方法，分析和比较了两种统计软件的应用范围和优缺点，探索利用Excel和SPSS软件辅助理论教学的生物统计学教学新模式。

[关键词]生物统计学 教学内容 Excel软件 SPSS统计软件

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）15-0144-03

生物统计学是一门在实践中应用十分广泛的工具学科。近年来，随着生物学的快速发展和计算机技术普及[1]，统计分析软件的应用越来越广泛。统计软件的使用使得计算变得简单、快捷和准确，利用统计软件分析处理数据是生物统计学发展的必然趋势。[2]但很多院校生物统计学的教学内容仅限于统计原理等理论知识的讲解，有关统计分析软件的应用较少，学生不具备运用统计软件分析试验数据的能力。

Excel和SPSS软件是大多数高校本科授课的首选统计分析软件。[3]Excel作为常用办公软件，同时也可完成大多数统计分析任务；SPSS为专业统计软件，统计分析功能强大，是大型统计分析中的常用工具。作者结合多年来从事生物统计教学和科研工作的实践经验，就适合水产养殖及相关专业的教学内容进行了调整更新，探索使用统计软件SPSS和Excel来辅助理论教学的模式，以提高学生对理论知识的理解和软件应用能力。

一、生物统计学教学内容的调整

生物统计学作为一门应用性很强的工具学科，在教学内容安排上应遵循据既重视基本理论又重视实践的思路。目前，大多数院校生物统计学的教学课时为54学时，有的仅36学时，这就需要精选、调整教学内容，形成适合本专业特色和学生实际需要的课程体系。生物统计学是我校海洋学院水产养殖等本科专业的必修课，总课时为54学时，不单独开设实验。同时，我校水产养殖专业不开设概率论与数理统计课程，学生的概率论知识比较薄弱。基于以上因素，作者结合自己多年来从事生物科研的经验，把教学内容确定为统计原理、统计方法、统计软件和试验设计四个部分，基本章节为：①试验资料整理与特征数的计算；②概率与概率分布；③统计推断；④方差分析；⑤回归及相关分析；⑥试验设计。

在教学实践中，遵循以下原则：①加大对统计分析原理、统计方法的适用范围与应用案例、统计结果的解释等介绍，减少对公式的推导和统计分析计算过程。②结合课程内容，增加水产养殖研究方向的应用性案例讲解，使教学内容适应专业特点。③重视统计软件的使用，在每章节讲解完理论知识后，紧接着演示Excel和SPSS软件在本部分的应用，实现教学内容与统计软件应用的有机融合。④布置课下作业，要求学生用传统的计算器计算和统计软件分别完成，并对所得统计结果做出解释和分析。通过此环节，可使学生加深对统计原理等理论知识的理解，并掌握应用软件进行数据统计分析的方法。

二、Excel软件常用统计功能的介绍

Excel软件除具有较强的数据计算和图表制作功能外，[5，6]还提供了大量统计函数和数据分析工具，其统计功能涵盖了统计学的基本内容，可基本满足生物统计学的本科教学要求。

（一）统计函数的应用

在Excel的“插入”菜单项，选择“函数”命令，除了常用的数学和逻辑函数外，还可应用统计函数进行统计学参数或概率值的计算。

（1）统计学参数或特征数的计算

平均数、标准差等常用参数可由统计函数计算，反映数据集中趋势的函数有Average（均值）、Median（中位数）、Mode（众数）等；反映离散趋势的函数有：Stdev（样本标准差）、Var（样本方差）、Skew（偏态系数）等。

（2）数据分类

Frequency函数可实现对大量数据进行分类和统计。函数表达式：Frequency（Data array，Bins array），注意該函数应以数组公式的形式输入。

（3）t 检验

t 检验可由Ttest函数完成，函数功能为返回t检验的概率。函数表达式：Ttest（Array1，Array2，Tails，Type），设置各项参数，运行得到t检验的概率值（P），以此来判断显著性水平。如P<α，则拒绝原假设，说明检验达显著水平；反之则不显著。

（二）数据分析工具的应用

Excel中的分析工具库具有较强的统计分析功能，但此功能需加载后才可使用。每次使用时，先按正确格式输入原始数据，单击“数据分析”选项，即弹出对话框，统计分析方法包括描述性统计、t检验、方差分析、协方差分析、直方图、回归、相关、F检验等，主要介绍如下。

（1）数据分类

首先将各组的组上限值输入工作表，在“数据分析”对话框中选择“直方图”，在对话框中“输入区域”输入分类数据所在的单元格地址，“接收区域”输入分组组限所在的单元格地址，运行后即可显示分类结果，包括每组的频率数及百分比等。

（2）描述统计

在“数据分析”对话框中选择“描述统计”，即可计算出最小值、最大值、平均数、标准差等多项统计参数。

（3）t检验

包括平均值的成对二样本分析、双样本等方差假设、双样本异方差假设三种类型。以成对二样本分析为例，在“数据分析”对话框中，选定“t检验：平均值的成对二样本分析”，分别在变量1、变量2区域选择数据所在单元格地址，之后在“输出区域”选择空白单元格，确认后即可输出结果。t检验结果包括t值、df（自由度），单尾和双尾概率（P）、单尾和双尾的临界t值等信息。

（4）方差分析

包括单因素、无重复双因素、有重复双因素三种方差分析类型。以单因素方差分析为例，在“数据分析”中选定“方差分析：单因素方差分析”，弹出对话框后，在输入区域、分组方式、α、输出区域等处输入相应信息后，即可输出方差分析表。

（5）相关与回归

相关系数：在“数据分析”对话框，选定“相关系数”，弹出对话框后，设置输入区域、分组方式、输出区域等各项参数后，即可得到两组数据间的相关系数。

线性回归：在“数据分析”对话框，选定“回归”，弹出对话框后，在X值输入区域、Y值输入区域、置信度、输出区域等处输入相应信息后，即可返回截距（intercept，a）、回归系数（b）以及回归系数的t检验结果。

三、SPSS软件常用统计功能的介绍

SPSS软件是国际流行的统计分析软件，具有数据转换、统计分析和图形绘制等强大功能，目前最新版本为22.0版本，可在网上下载免费英文或汉化版本。

（一） 数据文件的建立

在进行统计分析之前，需建立正确的数据文件，注意各种统计方法要求数据的输入格式有很大不同。进入SPSS软件页面，在数据窗口直接输入各变量的原始数据，也可利用复制粘贴功能把Excel 文件中的数据拷贝过来；此外，可在SPSS中直接打开Excel 文件，选择需分析数据的工作簿。

（二）主要统计功能

SPSS几乎涵括了生物学中所有的统计方法[3，7]，包括描述统计、比较均值、一般线性模型、相关、回归、聚类分析、非参数检验等，现根据课堂所授理论内容，把常用功能介绍如下。

（1）描述性统计

单击“Analyze”菜单中的“Descriptive Statistics”，选中“Descriptives”，弹出对话框，选择要分析的变量移到右面的 Variables框，单击“Option”按钮弹出一个窗口，里面列出了各项统计参数，包括均值、标准差、标准误等，根据需要勾选，确定即可。

（2）数据分类

操作步骤：①确定分组的组数、组距和组限；②单击“Transform”菜单，选择“Recode into different variables”，在弹出的对话框中，给输出的新变量命名；③点击“New and old values”按钮，在新窗口左边旧值处输入每组的上下限，在右边赋以相应的新值。④对新变量进行频数分析，单击“Analyze”菜单中的“Descriptive Statistics”，选中“Frequency”，即可绘制精确频数表。

（3）t检验

包括单样本t检验（One sample T Test），成对样本t检验（Paired-samples T Test），独立样本t检验（Independent-samples T Test）三种类型。以独立样本t检验为例，步骤为：①单击“Analyze”菜单中的“Gompare Means”，选择“Independent Samples T Test”，在弹出的对话框中，Test Variables框输入要分析的变量；②Grouping Variable框：输入组别变量，单击“Define groups”按钮，分别在 Group 1和Group 2输入两组的代码；③“Continue”返回到主对话框，点击“OK”。输出结果中，有假设方差相等和不相等两行，应先判断Levene检验结果，若Sig.（P）>0.05，说明方差齐性，故选择假设方差齐性一行的t检验结果，反之则选择方差不齐一行；之后根据t检验结果中的P值，判断均值差异的显著性水平。

（4）方差分析

常用的有单因素、双因素及多因素方差分析等。单因素方差分析步骤：①在“Analyze”菜单中打开“Compare Means”，选择“One-Way ANOVA”命令。在主窗口中，Dependent List框输入指标变量，Factor框输入因素变量；②单击“Post Hoc～～”按钮，在对话框中选择多重比较方法，“Continue”返回主窗口；③单击“Option”按钮，在对话框中选中Descriptive，返回主窗口，点击“OK”运行。输出结果包括描述性统计、方差分析表、两两比较等。

（5）相关分析

包括双变量、偏相关和距离相关分析。双变量相关分析：单击“Analyze”菜单中的“Correlate”，选中“Bivariate”，弹出对话框，在Variables框选入要分析的变量；在相关系数栏选择Pearson相关系数，在显著性检验栏中选中Two-tailed。运行可返回两个变量间的相关系数，并用*和**注明其显著性水平。多个变量间的相关分析，其步骤同两个变量，只是在Variables框选择多个变量，即可得出多个变量间的两两相关系数。

（6）线性回归分析

单击“Analyze”菜单中的“Regression”，选中“Linear”，弹出对话框。在Dependent框输入因變量（Y），Independent框输入自变量（X）；点击“Statistics”按钮，在弹出的窗口勾选Descriptive，“Continue”后运行即可。统计结果包括线性方程的各项参数及回归关系检验结果。

四、Excel和SPSS软件的比较

利用Excel 软件可较方便完成简单的统计分析，而SPSS统计软件具有强大的统计分析功能，现对两种软件的适用范围和优缺点比较如下：

描述统计。Excel软件中，利用一个统计函数只能计算一个参数值；利用“数据分析”工具中的“描述性统计”，可返回一系列特征参数值，但只能是一个变量。在SPSS中，可同时对一个或多个变量进行描述统计分析。

t检验。对两个样本进行均值比较的时候，应先判断两总体方差是否相同，然后进行t检验。Excel软件提供了样本等方差和异方差来两种分析程序，统计时应先进行F检验（双样本等方差检验），之后再选择相应的统计方法进行t检验。SPSS软件可同时返回方差齐性检验结果、方差齐性和非齐性两种情况下的t检验结果，可根据齐性检验结果，直接选择对应的t检验结果，较为简便。

方差分析。SPSS软件中方差分析较为齐全，而Excel软件只适用于最基本的方差分析。就统计结果来看，Excel软件仅列出了方差分析表；而SPSS软件不仅包括方差分析表，如果F检验显著，还可给出多重比较结果，以判断两两处理间均数差异的显著性。

相关分析。Excel软件中，利用Correl函数可得到一对变量间的相关系数；利用数据分析工具，可同时得到两个或多个变量间的两两相关系数。SPSS软件不仅可以同时对两个或多个变量间进行相关分析，还标明了显著性水平。

线性回归。利用Excel软件中分析工具中的“回归”，或者SPSS软件“Regression”中的“Linear”选项可进行线性回归。根据输出结果均可写出线性回归方程，并判断方程的显著性水平，两个软件没有大的差异。

数据分类。Excel软件中，确定分组组限后，利用Frequency函数进行频数分析，或利用分析工具中的“直方图”，较为简便。而SPSS中，确定分组组限后，应先进行数据转换，建立新变量，之后再利用“Descriptive Statistics”中的“Frequency”对新变量进行频数分析。

五、结语

Excel 和SPSS软件各有自己的应用特点，就统计分析功能而言，Excel的通用性更强，SPSS的专业性较强。在对数据进行简单的统计分析时，Excel较为方便，適合生物统计学初学者使用。在学生具备全面的统计知识后，应逐渐加强对SPSS软件的学习，以进一步提升分析复杂试验数据的能力。在使用统计软件时，应首先根据课堂上的统计理论知识，选择正确的统计方法，建立相应的数据文件，并最终能够从统计学和专业的角度正确解释所得结果。生物统计学教学过程中，在学生充分理解了理论知识和统计原理后，灵活结合Excel和SPSS统计软件辅助多媒体理论教学，这种教学模式不仅可以培养学生解决实际问题的能力，还能显著提高教学效果。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 宁海龙，李文霞，金益.信息时代生物统计学教学的特点与对策[J].东北农业大学学报（社会科学版），2006（4）：91-92.

[2] 李昆太，程新.生物统计学教学改革初探[J].大学教育，2013（7）：93-94.

[3] 丁雪梅，徐向红，邢沈阳等.SPSS数据分析及Excel作图在毕业论文中的应用[J].实验室研究与探索，2012（3）：122-128.

[4] 李春喜，邵云，姜丽娜.生物统计学[M].北京：科学出版社，2009.

[5] 杨景峰.EXCEL的计算功能在生物统计学教学中的应用[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2012（6）：738-741.

[6] 张丹，吕海燕，张幸果等.应用Excel软件有效提高《生物统计学》课程的教学效果[J].河北农业科学，2012（8）：93-95，99.

[7] 梅花，白乙尔图.SPSS统计软件在《生物统计学》教学中的应用实例[J].中国畜牧兽医文摘，2012（7）：217.

[责任编辑：林志恒]